(57)【要約】【課題】被計測物に照射するレーザ光の形状を変えることにより、従来のスポット光、ストレート光、ビーム光よりも高い精度で被計測物を計測することができるレーザ反射光による被計測物の高精度計測方法とその装置を提供する。【解決手段】レーザ反射光による被計測物３の計測方法であって、被計測物３に照射するレーザ光をレーザ投光機１と被計測物３との間に焦点９を有するクロス光としたことを特徴とする。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ反射光による被計測物の計測方法であって、被計測物に照射するレーザ光をレーザ投光機と被計測物との間に焦点を有するクロス光としたことを特徴とするレーザ反射光による被計測物の計測方法。
【請求項２】
前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を計測する請求項１に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法。
【請求項３】
前記被計測物の移動量を計測する請求項１又は２に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法。
【請求項４】
前記レーザ投光機の前記被計測物に対する移動量を計測する請求項１又は２に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法。
【請求項５】
前記被計測物の変形量を計測する請求項１に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法。
【請求項６】
レーザ反射光による被計測物の計測装置であって、被計測物にクロス光を照射するレーザ投光機と、レーザ反射光である粒状斑点模様を標識として撮像する撮像機と、撮像した粒状斑点模様を画像処理する画像処理装置とからなるレーザ反射光による被計測物の計測装置。
【請求項７】
前記画像処理装置が位相限定相関法により画像処理する画像処理装置である請求項６に記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置。
【請求項８】
前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を計測する請求項６又は７に記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置。
【請求項９】
前記被計測物の移動量を計測する請求項６乃至８いずれかに記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置。
【請求項１０】
前記レーザ投光機の前記被計測物に対する移動量を計測する請求項６乃至８のいずれかに記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置。
【請求項１１】
前記被計測物の変形量を計測する請求項６又は７に記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ反射光を利用し、非接触により被計測物を計測する計測方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
表面がミクロ的な不均一な被計測物表面に、非常に干渉性の高いレーザ光を照射すると、被計測物の粗面各所で散乱したレーザ光が不規則な位相関係で干渉し合って、被計測物表面の粗面に基づく固有の粒状斑点模様が発生することが知られている。この単位粒状斑点模様を被計測物の変化や同一性などの計測に使用されている。
【０００３】
また、粒状斑点模様は、被計測物が二次元的な移動現象を生じると、それに伴い粒状斑点模様も二次元的な移動作用する性質があり、この粒状斑点模様の移動量を計測することにより被計測物の移動量を計測することができる。
【０００４】
従来、粒状斑点模様を利用した被計測物の測定には、被計測物に照射するレーザ光の形状として、図２（ｂ）に示すスポット光、図２（ｃ）に示すストレート光、図２（ｄ）に示すビーム光がある。これらの形状の照射レーザ光を使用して被計測物の移動量を計測すると、図６に示すように発光波長６７０ｎｍのレーザ光を使用した場合に、被計測物の移動量の計測に±１．７２４μｍの計測誤差があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
被計測物の移動量の計測精度は撮像機のＣＣＤ画素の間隔により決まるが、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、照射するレーザ光の形状を変えることにより、従来のスポット光、ストレート光、ビーム光よりも高い精度で被計測物の移動量を計測することができるようにすることを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するために、レーザ反射光による被計測物の計測方法であって、被計測物に照射するレーザ光をレーザ投光機と被計測物との間に焦点を有するクロス光としたことを特徴とするレーザ反射光による被計測物の計測方法を提供するものである。
本発明によれば、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測精度を向上することができる。
【０００７】
また、本発明は、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を計測する請求項１に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法を提供するものである。
本発明によれば、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を精度良く計測することができる。
【０００８】
また、本発明は、前記被計測物の移動量を計測する請求項１又は２に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法を提供するものである。
本発明によれば、発光波長６７０ｎｍのレーザ光を使用した場合に、被計測物の移動量の計測誤差を±０．５１７２μｍにでき、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測誤差を１／３以下に減少させることができる。
【０００９】
また、本発明は、前記レーザ投光機の前記被計測物に対する移動量を計測する請求項１又は２に記載のレーザ反射光による被計測物の測定方法を提供するものである。
また、本発明は、前記被計測物の変形量を計測する請求項１に記載のレーザ反射光による被計測物の計測方法を提供するものである。
【００１０】
また、本発明は、レーザ反射光による被計測物の計測装置であって、被計測物にクロス光を照射するレーザ投光機と、レーザ反射光である粒状斑点模様を標識として撮像する撮像機と、撮像した粒状斑点模様を画像処理する画像処理装置とからなるレーザ反射光による被計測物の計測装置を提供するものである。
本発明によれば、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測精度を向上することができる。
【００１１】
また、本発明は、前記画像処理装置が位相限定相関法により画像処理する画像処理装置である請求項６に記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置を提供するものである。
本発明によれば、被計測物の移動量を精度良く計測できると共に、被計測物の位置を精度良く再現することができる。
【００１２】
また、本発明は、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を計測する請求項６又は７に記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置を提供するものである。
本発明によれは、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を精度良く計測することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記被計測物の移動量を計測する請求項６乃至８のいずれかに記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置を提供するものである。
本発明によれば、照射するレーザ光はクロス光とし、発光波長６７０ｎｍを使用した場合に、被計測物の移動量の計測誤差を±０．５１７２μｍにでき、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測誤差を１／３以下に減少させることができる。
【００１４】
また、本発明は、前記レーザ投光機の前記被計測物に対する移動量を計測する請求項６乃至８のいずれかに記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置を提供するものである。
また、本発明は、前記被計測物の変形量を計測する請求項６又は７に記載のレーザ反射光による被計測物の計測装置を提供するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図示する実施例に基づいて説明する。
図１に示す実施例において、本発明レーザ反射光による被計測物の計測装置は、被計測物３にクロス光を照射するレーザ投光機１と、粒状斑点模様を撮像する撮像機であるＣＣＤカメラ２と、撮像した粒状斑点模様を画像処理する画像処理装置６と、撮像した粒状斑点模様及び画像処理の結果を表示する表示装置７から構成してある。
【００１６】
レーザ投光機１は、被計測物３に安定した粒状斑点模様を描くために高輝度、指向性、可視光を使用し、レーザ素子、冷却回路、駆動回路、及びレンズより構成してある。レーザ投光機１は、図２（ａ）に示すように、レーザ投光機１と被計測物３との間に焦点９を有するクロス光を被計測物３のレーザ照射位置４に照射し、レンズの位置を調整することにより、焦点９の位置をレーザ投光機１と被計測物３との間で調整できるようにしてある。
【００１７】
ＣＣＤカメラ２は、被計測物３に描く粒状斑点模様を撮るために使用し、ＮＴＳＣ信号（アナログ信号）で出力する機能を有し、移動量の計測精度は基本的にＣＣＤ画素の間隔により決まる。ＣＣＤカメラ２は、被計測物３のレーザ照射位置４の法線方向に対して角度θの向きに設けると共に、レーザ投光機１は、被計測物３のレーザ照射位置４の法線方向に対して角度θにオフセット角５を加えた向きに設け、レーザ光の散乱によりレーザ照射位置４に基づく粒状斑点模様を撮ることができるように構成してある。
【００１８】
画像処理装置６は、ＣＣＤカメラ２で撮像した粒状斑点模様を位相限定相関法により画像処理するように構成してある。元になる粒状斑点模様の登録画像と照合すべき粒状斑点模様の入力画像の相関（類似性）を算出するために、ＣＣＤカメラ２で撮像した粒状斑点模様の入力画像をディジタル化し、フーリェ変換で数学的に処理して、振幅（濃淡データ）と位相（像の輪郭データ）に分解する。この２つのデータのうち濃淡データは使わずに、位相データのみを用いて登録画像と入力画像の相関を求めるようにしてある。
【００１９】
表示装置７は、ＣＣＤカメラ２で撮像した粒状斑点模様と、画像処理装置６により画像処理された登録画像と入力画像の位相データの相関値（被計測物３の移動量）を表示出力するようにしてある。
【００２０】
図１に示す実施例において、被計測物３を上方向に移動させると、図３（ａ）から（ｄ）に示すように、粒状斑点模様の標識１０がそれに伴って上方向に移動する。
また、被計測物３を右方向に移動させると、図４（ａ）から（ｄ）に示すように、粒状斑点模様の標識１０がそれに伴って右方向に移動する。
この標識１０を表示装置７の画面上の動きから、映像画面のドットピッチ又はＣＣＤ画素ピッチを左右並びに上下方向に基づく加減算を行うことにより、Ｘ方向、Ｙ方向及びＸＹ合成曲線長の移動量が得られ、予め求めていた補正係数を乗じることにより実際の移動量を導き出すことができる。
【００２１】
また、上述のように、被計測物３を上下左右に移動させて被計測物３の移動量を計測する場合に限らず、レーザ投光機１とＣＣＤカメラ２の関係を固定しておき、被計測物３とレーザ投光機１及びＣＣＤカメラ２との相対変位量を計測することができる。
従って、被計測物３を固定してレーザ投光機１及びＣＣＤカメラ２を移動させて被計測物３に描く粒状斑点模様の移動を演算処理することにより、被計測物３に対する相対的な移動量を計測することができる。さらに、被計測物３の動きに伴い粒状斑点模様も移動するが、常に同一の粒状斑点模様を表示出力されているようにレーザ投光機１及びＣＣＤカメラ２を追従させて移動させることにより、レーザ投光機１及びＣＣＤカメラ２の移動量を計測することによって、被計測物３の移動量を求めることも可能である。
【００２２】
上記のように、粒状斑点模様を利用して被計測物３の移動量を計測したときの計測結果を図５及び図６に示す。
被計測物３に発光波長６７０ｎｍのクロス光８ａを照射して計測した場合は、図５に示すように、被計測物３の移動量の計測誤差は１．０３４４μｍ（±０．５１７２μｍ）である。
一方、被計測物３に発光波長６７０ｎｍのストレート光８ｃを照射して計測した場合は、図６に示すように、被計測物３の移動量の計測誤差は３．４４８μｍ（±１．７２４μｍ）であり、被計測物３にクロス光８ａを照射して計測した場合は、従来のスポット光８ｂ、ストレート光８ｃ、又はビーム光８ｄを使用した場合より計測誤差を１／３以下に減少させることができた。
なお、レーザ光の発光波長は６７０ｎｍに限定されるものではなく、レーザ光の発光波長を短くすると計測精度は向上するが、レーザ光の形状をクロス光８ａにすることにより更に計測精度を向上させることができる。
【００２３】
また、本発明に係るレーザ反射光による被計測物の計測方法及びその装置は、図示の実施例のように被計測物３の移動量の計測に限らず、当該計測装置を複数設けることにより、被計測物の膨張、収縮、成長等の変形量及び変形速度を計測することができる。
また、粒状斑点模様を記憶しておくことにより、被計測物の位置合わせ、同一性等の計測に使用することができると共に、粒状斑点模様の変化を計測することにより、被計測物の固化、軟化等の変化及び変化速度を計測することも可能である。
【００２４】
【発明の効果】
以上の通り、本発明に係るレーザ反射光による被計測物の計測方法によれば、レーザ反射光による被計測物の計測方法であって、被計測物に照射するレーザ光をレーザ投光機と被計測物との間に焦点を有するクロス光としたことを特徴とする構成を有することにより、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測精度を向上することができる効果がある。
【００２５】
また、本発明は、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を計測する請求項１に記載の構成を有することにより、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を精度良く計測することができる効果がある。
【００２６】
また、本発明は、前記被計測物の移動量を計測する請求項１又は２に記載の構成を有することにより、発光波長６７０ｎｍのレーザ光を使用した場合に、被計測物の移動量の計測誤差を±０．５１７２μｍにでき、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測誤差を１／３以下に減少させることができる効果がある。
【００２７】
また、本発明は、前記レーザ投光機の前記被計測物に対する移動量を計測する請求項１又は２に記載の構成を有することにより、レーザ投光機の移動量を精度良く計測することができる効果がある。
また、本発明は、前記被計測物の変形量を計測する請求項１に記載の構成を有することにより、被計測物の変形量を精度良く計測することができる効果がある。
【００２８】
また、本発明は、レーザ反射光による被計測物の計測装置であって、被計測物にクロス光を照射するレーザ投光機と、レーザ反射光である粒状斑点模様を標識として撮像する撮像機と、撮像した粒状斑点模様を画像処理する画像処理装置とからなる構成を有することにより、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測精度を向上することができる効果がある。
【００２９】
また、本発明は、前記画像処理装置が位相限定相関法により画像処理する画像処理装置である請求項６に記載の構成を有することにより、被計測物の移動量を精度良く計測できると共に、被計測物の位置を精度良く再現することができる効果がある。
【００３０】
また、本発明は、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を計測する請求項６又は７に記載の構成を有することにより、前記被計測物と前記レーザ投光機との相対変位量を精度良く計測することができる効果がある。
【００３１】
また、本発明は、前記被計測物の移動量を計測する請求項６乃至８のいずれかに記載の構成を有することにより、レーザ光はクロス光を照射するから、発光波長６７０ｎｍのレーザ光を使用した場合に、被計測物の移動量の計測誤差を±０．５１７２μｍにでき、撮像機のＣＣＤ素子を高密度タイプに変えることなく、スポット光、ストレート光、又はビーム光を使用した場合より計測誤差を１／３以下に減少させることができる効果がある。
【００３２】
また、本発明は、前記レーザ投光機の前記被計測物に対する移動量を計測する請求項６乃至８のいずれかに記載の構成を有することにより、レーザ投光機の移動量を精度良く計測することができる効果がある。
また、本発明は、前記被計測物の変形量を計測する請求項６又は７に記載の構成を有することにより、被計測物の変形量を精度良く計測することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明レーザ反射光による被計測物の高精度計測装置の一実施例を示す構成図
【図２】レーザ光の形状を示す図
【図３】被計測物の上方向移動時における粒状斑点模様の推移を示す図
【図４】被計測物の右方向移動時における粒状斑点模様の推移を示す図
【図５】クロス光照射による被計測物の移動量の計測値を示す図
【図６】ストレート光照射時の被計測物の移動量の計測値を示す図
【符号の説明】
１    レーザ投光機
２    ＣＣＤカメラ
３    被計測物
４    レーザ照射位置
５    オフセット角
６    画像処理装置
７    表示装置
８ａ  クロス光
８ｂ  スポット光
８ｃ  ストレート光
８ｄ  ビーム光
９    焦点
１０  標識
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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